بررسی جذب انرژی در جزء فداشوندۀ لکوموتیو ER24PC زیمنس

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 4، دوره 27، شماره 1 - شماره پیاپی 13، اسفند 1394، صفحه 1-18   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v27i1.35446

نویسندگان

پریسا حسینی تهرانی؛ ایمان فرستاده^*

دانشگاه علم و صنعت

چکیده

در اکثر وسایل نقلیه برای جلوگیری از خسارت‌ها و یا کاهش آن از سیستم های جاذب انرژی استفاده می شود. در این مقاله جذب انرژی در جزء فداشوندۀ لکوموتیو ER24PC زیمنس مورد بررسی قرار گرفته است. پس از معرفی و نحوۀ عملکرد این قطعه در حین برخورد، مدل‌سازی آن در نرم افزار آباکوس انجام شده و خصوصیات برخورد آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. با توجه به این‌که شکل جزء فداشوندۀ لکوموتیو زیمنس هرمی است به‌منظور بررسی صحت نتایج حل عددی از یک حل تحلیلی استفاده شده است. در ادامه به‌علت این‌که ضخامت ورق جزء فداشونده زیاد است و در حین برخورد ممکن است پاره شود استفاده از مدل آسیب مناسب در شبیه سازی های عددی ضروری است. از سه مدل آسیب استفاده شده در این مقاله، یک مدل آسیب در خود نرم افزار وجود دارد و برای دو مدل آسیب دیگر کدنویسی انجام شده است و با مقایسۀ نتایج حل عددی با نتایج تست آزمایشگاهی مدل آسیب مطلوب مشخص شده است. به‌علاوه صحت مدل آسیب مطلوب از طریق استاندارد ECE R 66 بررسی شده است. سپس برای بهبود جذب انرژی در طی برخورد از فوم های فلزی به‌عنوان جاذب انرژی استفاده شده است. در نهایت عملکرد جزء فداشونده پرشده از فوم با جزء فداشوندۀ خالی مقایسه شده و عملکرد و بازدهی فوم داخل جزء فداشونده مورد ارزیابی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

جاذب انرژی؛ جزء فداشونده؛ مدل آسیب

مراجع

1. Jones. N, "Structural impact", Cambridge University Press, (1989).

2. Abramowicz. W, "Thin-walled structures as impact energy absorbers", Thin-Walled Structures,

Vol. 41, No. 2, pp. 91-107, (2003).

3. Ugural. C, "Stresses in plates and shells", McGraw-Hill, New York, (1999).

4. Wang. B, Lu. G, "Mushrooming of circular tubes under dynamic axial loading", Thin-walled structures, Vol. 40, No. 2, pp. 167-182, (2002).

5. Peirs. J, Verleysen. P, Van Paepegem. W, and Degrieck. J, "Determining the stress–strain behaviour at large strains from high strain rate tensile and shear experiments", International Journal of Impact Engineering, Vol. 38, No. 5, pp. 406-415, (2011).

6. Gurson. L, Continuum theory of ductile rupture by void nucleation and growth. Part I. Yield criteria and flow rules for porous ductile media, Brown Univ, Providence, RI (USA). Div. of Engineering, pp. 2-15, (1975).

7. Tvergaard. V, "Influence of void nucleation on ductile shear fracture at a free surface", Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 30, No. 6, pp. 399-425, (1982).

8. Tvergaard. V and Needleman. A, "Analysis of the cup-cone fracture in a round tensile bar", Acta metallurgica, Vol. 32, No. 1, pp. 157-169, (1984).

9. Østby. E, Thaulow. C, Zhang. Z, Numerical simulations of specimen size and mismatch effects in ductile crack growth–Part I: Tearing resistance and crack growth paths, Engineering fracture mechanics, Vol. 74, No. 11, pp. 1770-1792, (2007).

10. Østby. E, Thaulow. C and Zhang. Z, "Numerical simulations of specimen size and mismatch effects in ductile crack growth–Part II: Near-tip stress fields", Engineering fracture mechanics, Vol. 74,

No. 11, pp. 1793-1809, (2007).

11. Bernauer. G and Brocks. W, "Numerical round robin on micro-mechanical models-Results", ESIS TC8, GKSS Research Center, Geesthacht, (2000).

12. Li. H, Fu. M, Lu. J and Yang. H, "Ductile fracture: Experiments and computations", International Journal of Plasticity, Vol. 27, No. 2, pp. 147-180, (2011).

13. Rousselier. G, "Ductile fracture models and their potential in local approach of fracture", Nuclear engineering and design, Vol. 105, No. 1, pp. 97-111, (1987).

14. G. Rousselier, "Dissipation in porous metal plasticity and ductile fracture", Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 49, No. 8, pp. 1727-1746, (2001).

15. Lorentz. E, Besson. J and Cano. V, "Numerical simulation of ductile fracture with the Rousselier constitutive law", Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, Vol. 197, No. 21,

pp. 1965-1982, (2008).

16. Wierzbicki. T, and Abramowicz. W, "On the crushing mechanics of thin-walled structures", Journal of Applied mechanics, Vol. 50, No. 4A, pp. 727-734, (1983).

17. Reid. S, Reddy. T and Gray. M, "Static and dynamic axial crushing of foam-filled sheet metal tubes", International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 28, No. 5, pp. 295-322, (1986).

18. Abramowicz. W and Jones. N, "Dynamic axial crushing of square tubes", International Journal of Impact Engineering, Vol. 2, No. 2, pp. 179-208, (1984).

19. Tehrani. P. H. and Ferestade. I, "Studying Energy Absorption in Tapered Thick Walled Tubes", Latin American Journal of Solids and Structures, an ABCM Journal, Vol. 11, (2014).

20. Krummenacker. J, "Simulation of the welding process of steel tube joints made of S355 and S690", (2011).

21. Wall. O, "Dynamic crack propagation in large steel specimens", Engineering fracture mechanics, Vol. 69, No. 7, pp. 835-849, (2002).

22. Mirza. M, Barton. D and Church. P, "The effect of stress triaxiality and strain-rate on the fracture characteristics of ductile metals", Journal of materials science, Vol. 31, No. 2, pp. 453-461, (1996).

23. Seaman. L, Curran. D, Aidun. J and Cooper. T, "A microstatistical model for ductile fracture with rate effects", Nuclear engineering and design, Vol. 105, No. 1, pp. 35-42, (1987).

24. Needleman. A and Tvergaard. V, "An analysis of ductile rupture in notched bars", Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 32, No. 6, pp. 461-490, (1984).

25. Hancock. J and Mackenzie. A, "On the mechanisms of ductile failure in high-strength steels subjected to multi-axial stress-states", Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. 24,

No. 2, pp. 147-160, (1976).

26. J.-B. Y, Liew. J, Zhang. M.-H and Wang. J.-Y, "Mechanical properties of normal strength mild steel and high strength steel S690 in low temperature relevant to Arctic environment", Materials & Design, Vol. 61, pp. 150-159, (2014).

27. Tvergaard. V, "On localization in ductile materials containing spherical voids", International Journal of Fracture, Vol. 18, No. 4, pp. 237-252, (1982).

28. J.-B. Y, Liew. J, Zhang. M.-H, and Wang. J.-Y, "Mechanical properties of normal strength mild steel and high strength steel S690 in low temperature relevant to Arctic environment," Materials & Design, Vol. 61, pp. 150-159, (2014).

29. Nahshon. K, Hutchinson. J, "Modification of the Gurson model for shear failure", European Journal of Mechanics-A/Solids, Vol. 27, No. 1, pp. 1-17, (2008).

30. Guo. J, Zhao. S, Murakami R.-i, Zang. S, "Experimental and numerical investigation for ductile fracture of Al-alloy 5052 using modified Rousselier model", Computational Materials Science,

Vol. 71, pp. 115-123, (2013).

31. Cheong. Y.-M, Jung. H, Joo. Y, Kim. S, Kim. Y, "Dynamic elastic constants of Weld HAZ of SA 508 CL. 3 steel using resonant ultrasound spectroscopy", IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, Vol. 47, No. 3, pp. 559-564, (2000).

32. İnce. F, Türkmen. H, Mecitoğlu. Z, Uludağ. N, Durgun. İ, Altınok. E and Örenel. H, "A numerical and experimental study on the impact behavior of box structures", Procedia Engineering, Vol. 10, pp. 1736-1741, (2011).

33. Hanssen. AG, Langseth. M, Hopperstad. O, "Static crushing of square aluminium extrusions with aluminium foam filler", International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 41, No. 8, pp. 967-993, (1999).

34. Hanssen, A.G., Hopperstad, O. and Langseth, M., "Bending of square aluminium extrusions with aluminium foam filler", Acta Mechanica, Vol. 142, No. 1-4, pp. 13-31, (2000).

35. Hanssen. AG, Hopperstad. O. and Langseth. M, "Design of aluminium foam-filled crash boxes of square and circular cross-sections", International Journal of Crashworthiness, Vol. 6, No. 2, pp. 177-188, (2001).

36. Hanssen. AG, Hopperstad. O, Langseth. M. and Ilstad. H, "Validation of constitutive models applicable to aluminium foams", International journal of mechanical sciences, Vol. 44, No. 2, pp. 359-406, (2002).